CN1118315A - 起步速比选择系统与方法 - Google Patents

Abstract

提供一种车辆半自动机械变速系统(10)，它可使司机在车辆停止之后立即要求在某些预定条件下借助变速选择杆(1)的一次动作就直接换到预定的起步速比或直接转换到空挡。

Description

起步速比选择系统与方法

本发明以1994年8月5日在英国申请的专利GB9415861.5为优先权，并涉及由埃顿公司为专利权人的两项美国专利，一项为：“起步速比选择系统与方法”，申请号为No.08/104,698，申请日为1993年8月11日(EP584,968A)；另一项为：起步变速比控制系统及其方法”，申请号为07/935,937，申请日为1992年8月27日(EP585,020A)。

本发明系关于对机械变速传动装置进行半自动控制的控制系统与方法。本发明包括可自动地实现确定并显示由司机所选定的许用传速比档位的装置，以及对车辆主离合器的自动控制。在一个实施例中，设有离合器踏板，而且除了从停止状态起动之外的所有状态该主离合器全部是自动操作的，而在另外的实施例中，不设置离合器踏板，主离合器全部自动操作。本发明特别涉及一种半自动机械变速装置的控制系统与方法，其中，在车辆停止后，把在停车和主离合器打开时作出的一次减速要求作为直接向变速器空档的换档要求，和/或把在停车与主离合器打开时所作的一次加速要求作为直接换为预选的起动速比的要求。在停车时所作的后续的换档要求说明如下：从空档以一次加速要求作为直接换为所预选的起动速比要求，而从起动速比则把换高速或低速档数的要求作为分别按该速比数直接换为高速档或低速档的要求。

全自动变速系统，不论是对于诸如重型卡车和/或长途客车还是汽车，能感知的汽门开度或位置、车速、发动机速度等并可根据它们对车辆进行变速的技术在现有技术中已是公知的了，这种变速装置的例子可见之于美国专利US3,961,546、4,081,065、4,361,060、5,050,079和5,109,729，在此已参考其所公开的内容。

已知的半自动机械变速系统中可在若干变速比之间进行自动转换，通常在定出一个特定的速比转换时司机可以选择紧密相连的升速或减速比或者跳过一个或几个速比，该半自动控制系统禁止使用司机所选出的会使发动机速度降到怠速(idle speed)以下(这将造成停车和/或低速下发动机的过应力)的更高的速比(换高速档)，而且当换档会造成发动机超速时也不允许使用低速比(即换低速档)，这些半自动变速系统的例子可见之于美国专利US4,648,290、4,800,360、4,930,081和4,930,078中，在此已参考其所公开的内容。

上述半自动机械变速控制可提供一种非常理想的半自动控制，但在停车时若司机或操作者想换到空档或所选定的变速器起动速比时，司机须辨别出目前所接的速比，计算出从目前所接速比到空档或所选定起动速比的档数，然后向加速或减速方向把选择杆移动与该数相符的次数，故这种控制须加以改进。这对于重载车辆的现代机械变速器来说是至关重要的，因为它们可有9、10、12、13、16或18个前进速比，而在某些条件下其中前7个速比中的任何一个都可以用作起动速比。从美国专利US4,735,109和4,754,665中可以看到这种多级变速机械变速器的例子，在此已参考其所公开的内容。

由于提供一种控制和控制方法，可以减少或消除现有技术的半自动机械变速控制的这些缺点，在停车及人为脱开主离合器时，若要求直接换低速档，控制器将理解并执行控制杆的一次运动，以在减速方向上从相当高的转速比转成空档或者是另外的预选的起动速比，而在要求直接换高速档时，就使控制杆在升速方向上作一次运动，从空档转到预选的起始速比。最好适当地定出预选起始速比，并使之成为在以后也实用的起始速比。参照上述相关的申请-美国申请号07/935,937(EP585,020A)和08/104,698(EP584,968A)和相应的欧洲专利申请，将能充分地理解这些改进的半自动变速控制，在此已参照了这些相关文件所公开的内容。

由于最好能提供一种在停车时能从任何速比，包括各起动速比中的一个快速地进行空档和预选速比选定的控制，因此需要进一步对现有技术的半自动机械变速控制作出改进。

现有技术的车用半自动机械变速系统的各种缺点可通过一种控制系统/方法予以减小或克服，它可借助于变速选择器的一次运动，在停车状态下进行有效而直接地从现在的任何接合速比直接转成空档和直接转成预选的动速比的选择。在初步选定后，可借助一单独的选择器或一个换低速档的选定进行从空档反向的选择，借助于从空档起始的一次换高速档选择可以选定出预选的起始速比。在需要时，借助一次或跳跃加速或减速的适宜选择就可以选定除了起动速比以外的某一特定速比。

上述方案是这样实现的，在上述类型的半自动机械变速系统中，定出一套逻辑规则或子程序以建立起一种标志，当车速超过一个相当低值时标志消除，如果车速接近于零，其后就可进行换档选择。在建立起标志而且停车、主离合器脱开时，从某一速比的一次换高速档的要求则被理解为直接转入预选起动速比的要求，而从某一速比的一次换低速档的要求则被理解为直接转入空档的要求，若标志未建立而车辆是停止的，则从某一速比一次换高或低速档的要求就被分别理解为一次换高速档或一次换低速档，若车辆停止而且主离合器脱开，则不管有无标志，处于空档的车辆的一次换高档要求都被理解为直接转入预选起动速比的要求。

相应地，本发明的一个目的是提供一种新的改进的半自动机械变速的控制系统/方法，它可以进行控制以从一给定的转速比自动地确定换高速档与低速档，最好还能自动地显示它们，还能对车辆操作者所进行的选择杆的人为选择自动地实现这些可能的变速，其中，在车辆停止时，操作者可借助于选择杆的一次运动来要求自动地直接转换到所选定起动速比与空档。

在阅读了参照附图的最佳实施例的下述说明后，就可以了解本发明的其它目的与优点了。

图1是说明本发明的半自动机械变速传动系统的示意图；

图2是说明本发明的半自动变速控制系统的示意图；

图3是司机手动变速控制和显示装置的立体图；

图3B是图3中显示部分的放大图；

图4A、4B和4C是以流程图形式描述本发明的控制系统/方法的示意图。

在进行最佳实施例的描述中，所用的某些术语仅作描述之用，而不是用来限制本发明。术语“向上”、“向下”、“向右”和“向左”是指附图中的方向，以其作为参照物，“向里”、“向外”分别指朝向或离开所述装置或部分的几何中心的方向。上述这些说明适用于上面特指的术语和与之有类似含义的术语的派生。

术语“简单变速器”是指操作者可从若干一次减速中选择一个进行减速，术语“复合变速器”是指一种具有主变速部和与之串连的辅助变速部的变速器，从主变速部中所选定的减速可与辅助变速器中所选定的减速进行复合。术语“小速比副变速器型复合变速器”(splitter-type compound transmission)，在此是用来指一种复合变速器，其中用辅助变速器来提供对主变速器部分选定的速比进行细划分的各种可选择的档距，在小速比副变速器型复合变速器中，典型地设有相当宽的档距，它们由辅助变速器进行分割或细分。术语“换高速档”在此是用于表示从较低速比转换成较高的速比，术语“换低速档”在此表示从较高速比换成较低速比，术语“低速比”、“低档”和/或“第一档”是指在变速器或变速部分中用于最低前进速度操作的速比(即相对于变速器输入轴具有最高减速比的一组齿轮)。

换档的“选择方向”是指从某一特定速比的一次或多次向高速档或低速档转换的选择，两速比之间的“距离”是指在两给定的速比之间的可选择速比的数目，例如，从第4速和第5速在换低档方向上分别经一个与两个速比而移到第3速或第3档上。

术语“锁定变速器”或“锁定变速部分”表示固定啮合变速的变速器或变速部分，其中，由于所选定的若干轴向可动的齿轮中的一个的轴向运动使之从空档位置到达啮合位置，从而选定齿轮不可转动地连接在轴向上，借助于弹性偏置的刚性离合器，用锁定器阻止在刚性离合器元件基本到达同步转动之前进行这种接合，这种同步条件是由手动和/或自动操作离合器输入和/或输出轴使之跨越其间的同步条件而达到的，通常不是用可能使离合器元件中的一个以及其上所连接的设备与其它离合器元件一起转动的所选定离合器元件的摩擦接合来实现的。在美国专利US3,799,002、3,924,484、4,192,196和4,440,037中描述了锁定离合器和/或离合部件，在此已将其全部公开内容引用作为参考。

本发明原则上可用于能向电控装置提供输出信号并接受其指令信号的任何型式的机械变速装置的半自动控制。然而，本发明的半自动控制系统特别适用于那种小速比副变速器型复合变速器，它的非同步、非锁定主变速部分是与锁定的小速比型辅助部分串接的。这种离合器是公知的，并被称为“半锁定”离合器，在1983年2月9日公开的(EP-A-0071353)的欧洲局申请NO.82303586.2与1984年9月5日公开的(EP-A-0117342)的欧洲专利申请No.82303586.2以及美国专利US4,735,109中对其进行了描述，上述美国专利US4,754,665中所述型式的变速器可以很好地与本发明联接。

与本发明特别相关的半自动变速系统已在1986年2月5日公开的(EP-A-170465)欧洲局专利申请No.85305072.2与美国专利US4,648,290中予以描述。

参见图1，由司机操纵的油门24的位置被传感器22所探测并馈给中央处理器38，它还接受来自传感器28的发动机转速输入信号和/或来自传感器32的变速器输入轴转速、来自传感器36的变速器输出轴转速输入信号，以及司机变速杆或操纵杆1的正、负驱动信号，下面将予详细描述。应该理解，若离合器16不打滑，则变速器输出轴转速是车辆行驶引擎速度的标志，上述引擎速度是变速器输入轴转速的标志，反之亦然。

油门位置传感器24可以是如US4922425中所述的型式，在此已引用作为参考，它可以指示司机的脚是否在油门踏板上，以及油门踏板的位移。

诸如探测司机设定的油门踏板24的位置的油门位置传感组件22等等，以及提供正比于或者至少是指示出该调整设定位置的信号的装置，和所谓“遥控油料控制”或“遥控自动驾驶”系统也在现有技术中与US4,250,845；4,305,359；4,319,658和4,461,254中公开了，在此已参考引用了它们的公开内容。

对于车辆SAMT系统10，例如上述US4,648,290；4,551,802；4,361,060和4,081,065中所述的系统的控制来说，重要的是要向中央处理器中或控制器38提供精确的输入信号，指示出司机设定的油门位置，该设定值通常是用油门大开或全开的百分数表示的，以怠速位置为0(0％)，以油门全开或最大开度为百分之百(100％)。

图1与图2中所示的变速装置10中所用的逻辑控制电路、传感器和致动器，可以是如上述US4,361,060；4,648,290；4,930,081和4,930,078中所公开的器件，特别是，中央处理器38接收输入信号，按预定的逻辑规则处理该信号，向气动和/或电气致动器提供指令输出信号以控制排气制动器17和/或用于快速换高档的输入轴制动器18，并向自动油料控制器26发出指令以向发动机14“尖峰”供油以便达到快速同步转动而作好换低档的准备，并经控制器30控制离合器，通过变速控制器34进行换档。该变速控制器34可以是如US4,873,881和4,889,607中所描述的“X-Y”型式，在此已参考引用其所公开的内容。

中央处理器还向将在后面详述的显示器2发出指令输出信号，该半自动变速系统10还包括一个只在停止状态和/或低速蠕动状态下起步时用的通常的脚动离合控制器3，控制器38接受脚动离合控制器3位置与车辆刹车4的致动指示信号，该半自动机械变速系统10还包括电源和/或气动力源(未示出)。

该中央处理器可以是如US4,595,986中所示的型式，也可以配有如US4,849,899；4,899,279和4,945,484中所述的错误检测与容许逻辑的型式，它们均已作为参考予以引用。

这里所使用的术语“尖峰”是指向发动机14临时增大供油，而“骤降”则表示向发动机临时减少供油，术语尖峰与骤降通常与自动控制器38结合，该自动控制器38与司机选定的油门踏板24的位置无关，分别向发动机发出增加与减少供油的指令。

最好，如在图3中所见，中央处理器38包含在一个盒体或壳体38A中，该壳体上有显示板2，其上有换高档指示器显示2′，换低档指示器显示2＂和当前接合速比显示2，壳体中还有变速杆1，可供选用的反向钮1A，以及中央控制器电路38B。

图2中示意地画出了半自动机械变速系统10的控制系统。参见图3B，显示板2包括换高档显示部2′，换低档显示部2＂和当前接合速比指示部2。如图所示，该当前接合速比显示部2正显示“6”，这指出该车辆变速器正工作在第6档，换高档显示部2′有3行，它们指示按预定逻辑规则或程序进行处理后，依据所检测到的例如所检知的发动机或输入轴转速和所检知输出轴转速等输入参量，而允许的安全的连续换高速档的最大数值。在该状态下，该3行指出可允许进行一次，两次或三次换高档。相应地，司机就可以选择一种直接到第7、第8、或第9速的许可的换档。换低档显示部2＂有两行，它们表示在用既定逻辑或程序进行处理后，依照所检知的各参数所能得到的许可连续换低档的最大数值，在此情况下，显示部2′中两行表示该变速器容许换低档至第5或第4档。

简单地说，可能的换高档或换低档的容许范围是在假定一个大体不变的车速或计算出的所期望车速与完全接合的主离合器的情况下，把完成这种换档后所期望的发动机转速与一个容许的发动机转速的最大与最小的固定范围加以比较而确定的。中央处理器38将不发出指令信号用来实现一个选定的不许可的变速，最好中央处理器去执行一个由司机选定的最接近的许可的变速。举例来说，假设在图3B所示的显示部2所指出的条件下，司机选定换至第3档，这种换低档操作是不会由中央处理器38执行的，因为这是不允许的。然而，在最佳实施例中，中央处理器38会发出从第6档到第4档的二次换档指令信号。不仅拒绝不允许的换档，而且显示部2还建议司机再也不要试图使用或选择该传速比。

显示部2向司机提供指示某种换高档或低档是不允许的同时还向司机指示出何种换档是允许的，如果司机不注意这种警告，则即使系统达到了机械爪式离合器件之同步，中央处理器38将不产生不允许的换档指令。

为了使变速器12换档，司机把杆1从图2所示的位置推向前方(进行换高档)与拉向后方(换低档)。若要选择一次换高档(即换至第7档)，司机应将杆1向前推一次，而后变速杆在偏置力作用下返回空档或中心位置。在图中所示的第6档，司机依次快速前推三次变速杆，然后使其返回停止位置，就能有效地跳过两档而直接地几乎是同时地跳至第9档(即不接第7速与第8速)。于是，使用本发明的半自动控制，就能控制多档或跳跃换档。由于自动地进行油门与离合器控制和输入轴和/或发动机的制动，就能自动而快速地实现主离合器16打开及与所选速比相配合的所选爪式离合器件的同步。该控制系统是半自动的，司机就必须按其何时换高档或低档以及升、降多少个速比而斟酌处理，而且该系统是不要求变速杆、油门踏板与离合器操作联动的。一旦司机选出了允许的速比，在换低档时油门就突然暂时加大以达到所需的同步，或在换高档时使油门暂时突然减少而达到所需的同步，对于司机来说，所有这些都是由中央处理器38自动地完成的。

反向操作方式只能在停止位置由空档来实现，然后从当前接合的空档位置后拉控制杆1来实现反向操作。为了防止偶然的“换低档”变成反向，可设置反向钮1A，在控制杆1位于空档位置并提出反向操作要求时，必须在中央处理器认识到控制杆1向后运动之前压下反向钮。

包括有主部和辅助部的换高速档和/或换低速档(即，复合变速)对于司机而言实现起来是和只包含有辅助部分的(即小速比变速)同样地简单的。在设有多个反向速比的这些变速器中，借助于控制杆的如所指出的那样向前与向后运动就能使变速器换到较低反向速比档与换到较高反向速比档，当然，可以用位于变速杆端部的任何型式的搬钮开关或钮来代替可反向钮1A。

应该明了，为选择向前与反向工作方式而在既定方向上把控制杆向前与向后移动一次，再在横向上移动进行一次或多次换高速档与低速档的选择，就可以像US4,442,730中所述型式(该型式在此已经作为参考引用)那样构成所述的控制杆1。

为了提高上述半自动机械变速系统的性能，申请人提出了本发明的平稳的车辆变速选择控制系统/方法。每当车辆停止时，只要检知车速第1次超出了参考值(OS＞REF)而后小于或等于参考值(OS≤REF)，则选择器1的下次运动在一次换高档要求时就被认为是直接转入预定起步速比的直接变速要求，而对于一次换低档要求则视为直接转到空档(N)的要求。直到下次车辆停止之前，都将把一次与多次转高档与换低档的要求作为从某一接合速比一次与多次换设想当和换低档的要求处理。最好是把在停车时从空档开始的一次换高档要求始终作为直接向预定起步速比的要求来进行处理。

在图4A、4B和4C中，以流程图方式来示意地说明本发明的平稳的车辆变速选择控制方法。举例来说，假设变速器12是有12个前进速度的变速器，速比1、2、3、4和5是许用起步速比，且第3速是现在预选的起步速比。如果车辆行驶在第9速而后停车，则将设置一个标志。一次换高档的要求就被认为是直接换到该预选起步速比。第3速的请求。于是就执行所要求的直接进入第3速的变速，而后控制逻辑消除该标志。若车辆司机实际想用第4档作为起步档(即车辆轻载和/或下坡行驶时)，则进一步的一次换高档要求将作为要求从第3速到第4的一次换高档而被理解并实行。最好在采用如上述美国申请07/935,937(EP585,020A)中所公开的那种控制，新的预选起步速比将是第4速比，而且是以后实际使用的起步速比。

换言之，该预选的起步速比被实施并予以固定，它可由司机进行预选或用电控单元依照输入参量与预先确定的逻辑规则来定出。

变速杆的一次移动或脉动是该杆从中央位置向偏离位置的运动，或者向高速或者向低速方向，然后立即释放变速杆使其返回中央位置。如果控制杆1在偏离位置上超过预定的时间(例如，多于1或2秒钟)，则使用变更控制逻辑。

借助于上述程序，车辆司机在停车后可立即用控制杆的一次运动要求直接转换到预定起步档或空档。

虽然对本发明的最佳实施例的说明具有某种程度的特殊性，在不脱离本发明的如后附权利要求的精神与范围的情况下还可做出各种改变与细化设计。

Claims (6)

1.一种半自动机械变速传动系统(10)的控制方法，该系统包括油门控制器(24)，油门控制发动机(14)，多级变速机械变速装置(12)，它有适于从停车状态起步操作的最低速比组(第1至第5)以及在上述最低速比组中确定出的作为预定起步速比的一个特定速比，一个安置在发动机和变速器之间的摩擦主离合器(16)，一个主离合器控制器(3)，一个可在第1方向上从中央位置移向选定高档与在第2方向上从上述中央位置移向选定低档的手动变速选择杆(1)，一个中央处理器(38)，用于接受指示变速器输入轴转速、车速和上述变速选择杆动作的各种输入信号，并按预定的逻辑规则对它们进行处理以向包括有离合控制器(30)、油门控制器(26)和变速控制器(34)的非手动控制器发出各种输出指令信号，上述处理器感知上述手动变速选择杆的动作，包括其运动方向和与上述选择杆在预定时间内从上述中央位置开始的移位数，在第1操作方式中，通过采取上述变速选择杆在即定方向自中央位置转移的每一次重复移动都表示在上述方向上控制器选择一个附加的相邻的速比变化，确定从目前接合的速比直接转入由控制器所选择的变速器速比，其特征在于该方法还包括：

提供显示主摩擦离合器的脱开信号给上述中央处理器；以及

在第2操作方式中，在(i)车辆行驶速度在超过某一参考值之后又小于该参考值，(ii)主离合器脱开，(iii)在上述车辆地面速度变为小于上述参考值之后上述选择杆尚未离开其中心位置时，进行自动选择操作；

在上述第2操作方式中，把在上述第1方向上的上述变速选择杆自某中央位置的一次转移作为从某一接合速比直接变速到上述预定起步速比的要求，并把在上述第2方向上的上述变速选择杆自其中央位置所作的一次转移视为从某一接合速比直接转入空档的要求。

2.如权利要求1所述的方法，其中还包括在上述第2操作方式中，在一变速开始后立即中止操作。

3.如权利要求1中所述的方法，其中，在上述第1与第2操作方式中还包括：当上述变速器在空档、车辆行驶速度小于上述参考值而且主离合器脱开时把在第1方向上的上述变速选择杆自中央位置的一次转移视为是从空档转入预定起步速比的直接换高档的控制器选择操作。

4.一种半自动机械变速传动系统(10)的控制系统，它包括一个油门控制器(24)，一个油门控制的发动机(14)，一个多级变速机械变速装置(12)，它有适于从停车状态起步操作的最低速比组(第1至第5)以及在上述最低速比组中确定出的作为预定起步速比的一个特定速比，一个安置在发动机和变速器之间的主摩擦离合器(16)，一个离合器控制器(3)，一个可在第1方向上从中央位置移向选定的高档与在第2方向上从上述中央位置移向选定的低档的手动变速选择杆(1)，一个中央处理器(38)，用于接受指示变速器输入轴转速、车速和上述变速选择杆动作的各种输入信号，并按照预定的逻辑规则对它们进行处理以向包括离合控制器(30)、油门控制器(26)和变速控制器(34)的非手动控制器发出各种输出指令信号，上述处理器感知上述手动变速选择杆的动作，包括其运动方向和上述选择杆在预定的时间内从上述中央位置开始的移位数，在第1操作方式中，通过采用上述变速选择杆在既定方向上自中央位置转移的每一次重复移动都表示在上述方向上控制器选择一个附加的相邻的速比变化，从目前接合的速比直接转入由控制器所选择的变速器速比，其特征在于：上述系统包括

传感装置(26)，用于向上述中央处理器提供指示主摩擦离合器脱开的信号；以及

自动选择操作的装置，它在第2操作方式中，当(i)车辆地面速度在超过某一参考值之后又小于该参考值，(ii)主离合器脱开，(iii)在上述车辆地面速度变为小于上述参考值之后上述选择杆尚未离开其中心位置时，进行自动选择操作；

上述中央处理器，在上述第2操作方式中还包括逻辑规则，用以把在上述第1方向上的上述变速选择杆自其中央位置的一次转移作为从某一接合速比直接变速到上述预定速比的要求，并把在上述第2方向上的上述变速选择杆自其中央位置所作的一次转移视为从某一接合速比直接转到空档的要求。

5.如权利要求4中所述的系统，其中还包括在上述第2操作方式中，在一变速开始时立即中止操作。

6.如权利要求4中所述的系统，其中上述中央处理器还包括逻辑规则，借其而使上述第1与第2操作方式中还含有当上述变速器在空档、车辆地面速度小于上述参考值而且主离合器脱开时，把在第1方向上的上述变速选择杆自中央位置开始的一次转移视为从空档转入预定起步速比的直接换高速档的控制器选择的操作。

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